摘要：为了提高永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)驱动系统调速性能,解决传统滑模控制系统抖振与快速性之间的矛盾,提出一种PMSM改进滑模复合控制方案。首先,电流环设计了改进快速超螺旋滑模控制(improving fast super twisting algorithm,IFSTA)来改善系统的抖振。其次,转速环使用改进指数趋近律设计滑模转速控制器(novel sliding mode speed controller,NSMSC)。最后,使用非线性扩展状态观测器(nonlinear extended state observer,NESO)来实时估计负载转矩扰动,通过估计的转矩信息对由NSMSC得到的q轴给定电流进行前馈补偿。仿真和试验表明,与传统滑模复合控制相比,采用改进复合控制策略的超调量减少了13.6%,系统抖振峰值降低了3.5 r/min,控制系统的整体性能得到提升。

摘要：针对永磁同步电机直接转矩控制存在转矩和磁链脉动大、鲁棒性差等问题,根据自耦PID控制理论提出了自耦PI新型直接转矩控制方法。该方法分别将转速环、磁链环以及转矩环的已知或未知内部动态、外界扰动与模型的不确定性等一切复杂因素定义为3个总扰动,并在转速控制环节引入虚拟控制量来获得q轴虚拟转矩指令,进而将PMSM控制系统等价映射为线性扰动系统,构建了在总扰动激励下的受控误差系统,据此设计了基于速度因子的自耦PI控制器。仿真实验结果表明了自耦PI控制方法具有响应速度快、无超调、无振荡的动态品质与控制精度高、抗干扰能力强的稳态性能。

摘要：由于电机本体、驱动电路及机械连接等多环节因素影响,传统PI(proportional integral)控制下永磁同步电机在低速运行时易出现较大的转速波动。首先,建立多源性力矩扰动模型与分析转速波动机理,将扰动分为与机械角相关的周期性干扰与非周期低频干扰两部分;然后,提出一种结合迭代学习控制与扰动观测器的扰动抑制策略,利用控制误差对周期性扰动进行在线学习,利用反馈状态量结合学习信息对低频非周期扰动进行观测,将两部分结果共同补偿到电磁力矩,实现对多源性扰动的抑制;最后,在给出所提控制器结构基础上,分析了所提控制策略的有效性与收敛性,给出控制器主要参数设计方式。试验结果表明,所提控制策略相较于传统控制策略整体动态性能相近,在稳态时相较于PI(proportional integral)控制将转速波动抑制到1/4以下,相较于传统抑振策略整体转速波动在1/2以下,在负载力矩突变时相较于PI控制速度变化在1/2以下,证明所提算法在多源性扰动抑制方面的有效性与优越性。

摘要：针对永磁同步电机应用于轨迹跟踪的协调控制问题,提出一种基于特征模型的协调控制策略。首先,通过二维坐标变换的方法对双轴运动系统进行了解耦,获得双轴运动系统的轮廓误差和切向误差。然后,利用特征模型方法,在每一轴位置环中设计一种不依赖于模型的黄金分割自适应控制器,同时采用一种逻辑微分控制器以保证系统的轮廓控制精度。针对所设计的控制方案进行了稳定性分析。最后选定两个参数差异较大的电机针对曲率变化大的螺旋线轨迹进行两种不同控制方案对比仿真,并且对结果进行数据分析。仿真结果表明,所设计的控制方案可以有效保证双轴运动系统的运行精度,该方案控制下的轮廓误差控制效果可以与基于PID控制器的轮廓误差控制效果相媲美,调试比PID控制方便、简单,可以节省大量时间成本,并为后续进一步研究永磁同步电机伺服系统在多轴协调控制中的应用奠定基础。

摘要：永磁同步电机的初始位置辨识对电机的启动性能有着至关重要的作用。在各类转子位置辨识方法中,基于转子凸极特性的高频注入法是一种应用广泛且效果良好的辨识方法,其不依赖电机反电动势,在零低速下控制效果优越。其中,高频脉振注入法是高频注入法中应用较广泛的一种算法,在传统的高频脉振注入法中需要使用滤波器来处理电机响应电流,但滤波器会导致相位滞后,进而影响转子位置辨识精度。对此,本文提出了一种基于高频方波注入的永磁同步电机转子初始位置辨识方法。首先,对高频激励下的系统数学模型进行了分析,得到了简化后的电机模型与响应电流表达式。在此基础上,向估计的转子d轴上注入高频方波信号,分离响应电流中不同成分,得到含有转子位置信息的高频响应电流。然后,设计了转子位置观测器,该观测器无需使用滤波器,利用正切函数处理高频响应电流并解耦出转子位置误差信息,再对该误差信息进行锁相,进而辨识出转子位置。最后,在转子极性辨识中,基于电机磁饱和效应,在参考d轴上施加方向不同、幅值相等的电流偏置,通过比较电流偏置作用时间内d轴高频响应电流幅值的平均值来判断转子极性。另外,还搭建了永磁同步电机仿真和实验平台。仿真和实验结果表明:本文方法辨识的转子初始位置精度较高,且在电机低速运行工况下同样具备良好的适用性,控制效果良好。本文方法具有有效性与正确性。

摘要：针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)在运行过程中比例积分(proportional integral, PI)控制会因参数时变和外部扰动导致控制性能下降严重,传统线性滑模控制(sliding mode control, SMC)收敛速度慢、存在抖振等问题,设计了层次非奇异终端滑模控制器(hierarchical non-singular terminal sliding mode control, HNSTSMC),以线性比例积分微分(proportional integral differential, PID)滑模面作为内环、快速非奇异终端滑模面为外环构建层次滑模面,采用改进型趋近律,保证速度跟踪误差全局快速收敛;为了进一步提高层次非奇异终端滑模控制器的抗干扰能力与减小抖振,利用超螺旋滑模扰动观测器(super-twisting sliding mode disturbance observer, STSMDO)对控制器中存在的未知量在线辨识并进行前馈补偿。通过Matlab/simulink仿真对PI控制、传统滑模控制、层次非奇异终端滑模控制、基于改进型负载转矩观测器的非奇异快速终端滑模控制(NFTSMC+LTOB)和HNSTSMC+STSMDO复合滑模控制进行对比分析,结果表明HNSTSMC+STSMDO复合控制在电机空载情况下,额定转速响应无超调、调节时间为0.013 s,突加2 N·m负载情况下,最大速度波动为130 r/min,恢复时间为0.004 5 s,带载切换到0.5倍额定转速,调节时间为0.127 s,永磁同步电机动态性能好、抗干扰能力强。

摘要：随着对位置伺服控制系统中位置精度、响应速度、稳定程度要求的提高,传统的三环串联矢量控制系统已无法同时满足这些性能要求。针对此问题,设计一种滤波型并联矢量控制系统。分别对串、并联结构系统进行模型简化分析,并通过频域法进行参数整定。从机制上对两种结构系统的稳态性能和动态性能进行对比分析,得出并联结构系统的综合控制性能优于串联控制系统,但其抗高频扰动性能较差。利用根轨迹簇解析各个控制器参数对系统稳定性的影响;同时通过伯德图的三频段理论对系统的动态性能进行研究。最后,进一步分析得出相较于串联结构系统,并联结构系统可以更方便地通过加入调节控制器进行性能优化,并以此为基础在系统中加入二阶巴特沃斯滤波器,提出了滤波型并联结构系统,在维持系统低中频性能的基础上,改善了系统的高频性能。仿真结果表明:滤波型并联结构系统可以消除位置环在动态信号输入下的稳态误差,同时具备更快的响应速度和较好的高频抑制性能。

摘要：针对永磁同步电机在传统单电流调节器弱磁控制下,电机控制模式切换时导致的系统稳定性差,以及传统RBF-PID控制器输出权值的非精细化更新导致的参数过拟合,收敛速度慢等问题,提出一种过渡区域切换算法,引入混合权重因子,采用余弦插值与Sigmoid函数做过渡区域的平滑处理,并在弱磁区引入模糊PI控制器,将自适应梯度下降法与L2正则化策略结合,改进神经网络的输出权值。仿真结果表明,设计的过渡区域切换算法,不依赖电机参数,可移植性强,优化了恒转矩区切换至弱磁区的条件,在改进RBF-PID控制器下,转速超调量仅为0.07%,负载调节时间较之传统策略减少了94%。

摘要：扰动信息未知时,永磁同步电机(PMSM)终端滑模控制中的抖振加剧。为了减弱未知不确定和扰动对控制性能的影响,本文提出了一种改进的基于干扰观测器的自适应快速终端滑模控制方法。首先,建立包含参数化不确定性及负载扰动的PMSM数学模型,采用非奇异快速终端滑模面设计滑模控制器,以提高系统的响应速度。接着,利用干扰观测器估计系统的不确定性和未知扰动,并在滑模控制器中引入新的自适应增益以补偿估计误差,实现了无需扰动上界条件的自适应鲁棒控制。改进的自适应控制策略能够实现动态补偿,增强了系统对未知扰动的适应性。仿真和实验结果表明,扰动信息未知时,所提出的方法有效抑制了滑模控制引起的抖振现象,增强了PMSM系统的鲁棒性,显著提升了控制精度和动态性能。

摘要：针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)传统模型预测磁链控制(model predictive control,MPFC)系统稳态误差大、参数鲁棒性较差的问题,提出了一种基于定子磁链预测误差矢量分析的永磁同步电机多电压矢量选择方法。首先,在两相静止坐标系下依据轴线划分扇区,制定了判断磁链误差矢量所在区域的多电压矢量选择标准。然后,采用定子磁链预测值和两相静止坐标系定子磁链价值函数计算各电压矢量作用时间,改进了传统模型预测寻优过程。此外,设计了一种考虑电阻、电感参数失配的离散滑模定子磁链观测器,进一步提升了系统的参数鲁棒性。最后,通过仿真和实验验证了本文所提预测定子磁链控制方法的有效性和可行性,系统在参数失配情况下仍具有良好的稳态性能,显著减小了定子磁链与电磁转矩脉动。